Приведены схемы генераторов прямоугольных импульсов, выполненных на одной КМОП- или ТТЛ-микросхеме NAND или XOR, ширину выходных сигналов которых можно регулировать в пределах от 1 до 99%.
Известно несколько вариантов схемотехнических решений, обеспечивающих генерацию сигналов прямоугольной или иной формы и, затем, плавную регулировку ширины выходных импульсов прямоугольной формы [1–4]. Как правило, большинство схем такого назначения содержит, как минимум, два корпуса микросхем.
Рассмотрим далее нескольких устройств – широтно-импульсно модулируемых (ШИМ) генераторов, позволяющих плавно регулировать коэффициент заполнения импульсов выходных сигналов, выполненных с использованием всего одного корпуса микросхемы. Эти устройства содержат генератор прямоугольных импульсов, а также регулятор ширины выходных сигналов.
Генератор прямоугольных импульсов, Рисунок 1, работающий на частоте 1 кГц, выполнен на NAND логических элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы DD1 CD4011. Благодаря диодно-резистивным цепочкам R1, R2 и VD1, VD2 коэффициент заполнения импульсов выходных сигналов генератора близок к 99%.
Сигнал с выхода генератора поступает на вход регулятора ширины выходных сигналов. Регулятор выполнен на логическом элементе DD1.3. На один из входов этого элемента поступает сигнал с выхода логического элемента DD1.1, а на второй – сигнал с выхода логического элемента DD1.2 через резистивно-емкостной элемент задержки R3–R5, C2, дополненный диодами VD3 и VD4. Наличие этих диодов позволяет планомерно задавать и регулировать времена заряда и разряда конденсатора C2.
 | |
| Рисунок 1. | Электрическая схема ШИМ-генератора на микросхеме CD4011. |
При одновременном появлении на входах DD1.3 сигналов уровня «лог. 1», когда напряжение на конденсаторе C2 превысит уровень 0.5EПИТ, на выходе DD1.3 появляется сигнал уровня «лог. 0», Рисунок 2. Регулировкой потенциометра R5 можно плавно управлять шириной импульсов, снимаемых с выхода логического элемента DD1.3 в пределах от 1 до 99%. При регулировке этого потенциометра происходит смещение максимального и минимального уровней заряда на конденсаторе C2 и, соответственно, смещение по оси времени момента переключения логического элемента DD1.3 (см. Рисунок 2, смещение красной линии вверх или вниз по вертикали).
 | |
| Рисунок 2. | Электрические процессы в разных точках устройства. |
Логический элемент DD1.4 не обязателен, он предназначен для инвертирования уровня выходных сигналов, снимаемых с выхода логического элемента DD1.3.
Величину сопротивления резистора R4 желательно подбирать при налаживании устройства, поскольку для разных модификаций микросхем пороги переключения могут отличаться от паспортных значений.
Устройство способно работать в диапазоне напряжений источника питания от 5 до 15 В, следует лишь учитывать, что частота генерации при этом может изменяться на несколько процентов. Если желательна работа устройства на иной частоте, необходимо пропорционально увеличить или уменьшить емкости конденсаторов C1 и C2.
Устройство может быть выполнено и с использованием ТТЛ-микросхемы (SN7400) при напряжении питания 5 В. Для этого потребуется коррекция номиналов резистивных элементов, в частности, резистора R4.
На Рисунке 3 приведена схема ШИМ-генератора, собранного с использованием XOR микросхемы DD1 CD4070. Принципиальных отличий схема не имеет, за исключением наличия дополнительной RC-цепочки R6C3, подключенной к одному из входов логического элемента DD1.3. Эта цепочка устраняет узкие паразитные импульсы при переходных процессах. Следующее отличие: вторые входы логических элементов DD1.1, DD1.2 и DD1.4 подключены к источнику питания.
 | |
| Рисунок 3. | Электрическая схема ШИМ-генератора на микросхеме CD4070. |
Для ТТЛ-варианта устройства на микросхеме SN7486 потребуется подбор номинала резистора R4, ориентировочно 200 кОм, и емкости конденсатора C3.